北京
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研究内容
近年来，具有独特类酶催化性能的纳米酶引起了人们的极大关注。它们具有独特的优势，可以克服天然酶的局限性，如难以储存、易变性和高成本。如何优化纳米酶的类酶催化活性以提高其适用性已成为一个巨大的挑战。
中国科学院高能物理研究所尹文艳研究员、赵丽娜研究员和东华理工大学杨国平提出了一种L-半胱氨酸（L-Cys）配位驱动的自组装策略，激活聚乙烯吡咯烷酮（PVP）修饰的Cu单原子纳米酶MoOx-Cu-Cys（MCCP-SAzymes），用于催化肿瘤特异性治疗。MCCP的最大CAT样催化效率比典型MnO2纳米酶高138倍，并且表现出比天然过氧化氢酶高14.3倍的亲和力。相关工作以“Coordination-Driven Self-Assembly Strategy-Activated Cu Single Atom Nanozymes for Catalytic Tumor-Specific Therapy”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。
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研究要点
要点1.这种可行的协调驱动自组装策略，构建了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）修饰的铜单原子纳米酶MoOx-Cu-Cys-PVP（MCCP-SAzymes）。具有调节负载速率的Cu单原子在氨基酸（L-半胱氨酸，L-Cys）结合的驱动下，在MoOx-NP表面上自组装。MoOx中原子Cu和O的弱金属-载体相互作用在MCCP中形成了明确的L-Cys-Cu∙∙O电子结构活性位点，MCCP的Cu单原子含量可以合理调节至10.10wt%，激活了MoOx纳米颗粒的过氧化氢酶（CAT）样活性，以催化酸性微环境中H2O2的分解，从而增加O2的产生。
要点2.MCCP的最大CAT样催化效率比典型MnO2纳米酶高138倍，并且表现出比天然过氧化氢酶高14.3倍的亲和力。
要点3.密度泛函理论计算揭示了L-Cys-Cu到MoOx的L-Cys桥加速电子转移，验证了定义明确的L-Cys-Cu∙∙O活性位点优化了CAT样活性，以匹配天然过氧化氢酶的活性位点。
要点4.作者提出了氨基酸桥接酶的概念，因为它们模拟天然过氧化氢酶的活性位点。同时，MCCP可以与TME中的H2O2反应，通过类似芬顿的反应生成高毒性羟基自由基（•OH），并持续将局部升高的O2转化为单线态氧（1O2），以促进X射线触发的放射动力学治疗（RDT）。通过这种方式，MCCP能够产生多种活性氧（ROS），包括•OH和1O2，以放大放射治疗（RT），用于特异性催化增强肿瘤细胞凋亡。
该结果支持了一种很有前途的策略，即通过协调驱动的自组装构建/激活氧化还原纳米酶，作为高效的酶模拟天然酶，以实现催化肿瘤特异性治疗。
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研究图文
图1. 合成、形态和结构表征。
图2. 高CAT/Fenton样活性和X射线放大了放射动力学效应。
图3. MCCP和MoOx类CAT催化机理的DFT计算。
图4. 体外选择性肿瘤杀伤能力、ROS和LPO检测以及MCCP的放射增敏作用。
图5. MCCP扩增RDT致敏RT的体内瘤内穿透、抗肿瘤效果和机制。
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文献详情
Coordination-Driven Self-Assembly Strategy-Activated Cu Single Atom Nanozymes for Catalytic Tumor-Specific Therapy
Jie Zhou, Deting Xu, Gan Tian, Qian He, Xiao Zhang, Jing Liao, Linqiang Mei, Lei Chen, Lizeng Gao, Lina Zhao,* Guoping Yang,* Wenyan Yin,* Guangjun Nie, Yuliang Zhao
J. Am. Chem. Soc.
DOI: 10.1021/jacs.2c13597
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